CN103459839A

CN103459839A - 风力涡轮机

Info

Publication number: CN103459839A
Application number: CN2012800153129A
Authority: CN
Inventors: S·巴莱罗拉富恩特; J·贝斯科斯
Original assignee: Alstom Wind SL
Current assignee: Alstom Wind SL
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2013-12-18
Also published as: EP2505830B1; US20140010665A1; WO2012131025A1; US9909449B2; EP2505830A1

Abstract

风力涡轮机，其包括具有毂的转子、进风口和机舱，所述毂承载一个或多个叶片，所述毂可转动地安装在框架上并且所述框架向前延伸至毂中，其中通过至少一个通向毂的第一开口在毂的内部和机舱之间提供气流通道。

Description

风力涡轮机

本发明要求2011年03月31日递交的欧洲专利申请EP11382090.6和2011年10月04日递交的美国临时专利申请No61/543,022的优先权。

本发明涉及风力涡轮机并且尤其涉及包括毂的风力涡轮机，所述毂可转动地安装在向前延伸至毂中的框架上。

背景技术

现代的风力涡轮机通常用于将电力供应至电网。这种风力涡轮机通常包括具有一转子毂和多个叶片的转子。转子毂被设定成在作用于叶片的风的影响下转动。转子轴的转动直接驱动（“直接地驱动”）或者通过使用变速箱驱动发电机转子。

在大多数传统的风力涡轮机中，转子毂安装在转子轴的一端。转子轴可转动地安装在机舱内部的支撑结构中并且机舱可转动地安装在风力涡轮机塔的顶部。

毂和机舱可以包括能够在操作过程中产生热量的复杂的机械的和电力的设备，分别例如变桨马达和发电机。通常理想的是避免这些部件变热。

而且，尤其是在冬天，如果风力涡轮机由于例如维修而已经停止了一段时间，可能出现风力涡轮机的部件（例如使用润滑剂的部件）会需要在启动前被加热。在这些情况中，可以使用加热器。

设置在毂和/或机舱中的不同部件的可靠操作会要求一定的具体温度和/或湿度范围。为了保持温度处于理想的范围，可以典型地在机舱内设有特定的通风设备、风扇或者其它的空气调节系统。这在外部条件会很极端的离岸风电场中尤其重要。

文献WO0159296公开了直接驱动风力涡轮机，其包括具有多个叶片的毂，所述毂相对于轴部分可转动地安装。

文献ES2163362描述了具有框架的风力涡轮机塔，所述框架包括向前延伸至毂中的部分。具有多个叶片的转子毂可转动地安装在框架的所述部分上。转子毂连接至布置在所述框架中的转子。

在这些类型的构造中，毂和机舱大体上是独立闭合的空间。在这些构造中，为了保证毂的恰当的空气调节，（其包括加热、制冷、压力和/或湿度控制），可以典型地在毂内部设有附加的空气处理设备例如风扇、过滤器、空气阻尼器或除湿机。然而，这个解决方案是昂贵的而且会是复杂的，这是因为这种类型的设备占用了在固有的紧凑空间里例如转子毂中的空间。

发明内容

本发明的目的是至少部分地克服上述缺点中的一些缺点。

在第一方面，本发明提供包括具有毂的转子、进风口和机舱的风力涡轮机，所述毂承载一个或多个叶片，所述毂可转动地安装在框架上并且所述框架向前延伸至毂中，在毂中通过至少一个通向毂的第一开口在毂的内部和机舱之间提供气流通道。

根据这个方面，可以在毂的内部和机舱的内部之间建立空气流动。可以因此保证毂内部和机舱内部之间的空气交换。有了这样的空气交换可以不需要附加的空气调节处理设备而取得设置在毂中的部件的恰当的空气调节。

一般来说，可以理解的是被调节的气流可以指的是不使用任何制冷或加热设备而被冷却的气流、被加热的气流或被净化的和/或被干燥的气流。

在一些实施例中，风力涡轮机还可以包括可操作地与毂相连并且至少部分地布置在框架内部的转子轴。这样的转子轴可以用来驱动发电机或构成发电机的输入轴。

在这些实施例的一些实施例中，转子轴可以通过联接元件连接至毂的前部。

在其它的实施例中，转子可以直接连接至布置在框架周围的发电机。

在一些实施例中，通向毂的第一开口可以布置在框架向前延伸至毂中的部分中。在其它的实施例中，第一开口可以布置在毂的外壁的前部。所述前部可以被包封在风力涡轮机的毂盖内部。

在一些包括将转子轴连接至毂的前部的联接元件的实施例中，所述联接元件可以包括至少一个通向毂盖的开口。在其它的实施例中，转子轴可以包括经由此的气流通道。

在风力涡轮机转子直接地连接至布置在框架周围的发电机上的一些实施例中，框架的远端可以包括隔离物。可选择地，所述隔离物可以包括开口。在又一些实施例中，远端可以是开放的。

在一些实施例中，毂可以包括大体上管状的内部加强结构，所述内部加强结构同轴地布置在框架向前延伸至毂中的部分的周围，所述部分在毂的前端和后端之间。在一些实施例中，所述加强结构可以包括通向毂的第二开口。

在一些其中风力涡轮机直接地连接至布置在框架周围的发电机并且通向毂的第一开口布置在框架向前延伸至毂中的部分中的实施例中，通向毂的第一开口可以足够大使得中等身材的成年人能够进入毂。这样的通向毂的第一开口可以布置在框架向前延伸至毂中的部分的上边。在这些实施例中，这个通向毂的第一开口，用于空气调节目的，也可以用作维修目的的入口并且维修人员可以不必走出机舱就能到达毂的内部。

在一些实施例中，进风口可以布置在机舱中或在风力涡轮机塔中。在其它的实施例中，进风口可以设置在毂的外壁中。

当进风口布置在机舱中并且风力涡轮机还包括置入机舱中的空气调节系统时，调节产生的气流还能够用于通过通向毂的第一开口设置在毂中的辅助系统的冷却和/或加热。从而，可以避免或大大减少在毂中设置附加的空气处理设备例如过滤器、风扇、空气阻尼器、除湿机等并且毂可以不要求附加的进风口和过滤器（这些会使转子毂的设计和制造复杂化）。这在离岸风电场中尤其重要，这是因为没有高含盐量或湿润的空气会与布置在毂中的敏感部件相接触。因此，在本发明的实施例中可以降低腐蚀的风险。这样的构造的又一方面在于不需要通过例如滑环从机舱向转子毂传输附加的电力。

本发明的实施例的额外目的、优点和特征将在本领域的技术人员审阅说明书时变得明显，或可以通过实践本发明而被认识。

附图说明

本发明的具体实施例将在下文中参照附图以非限制性示例的方式说明，其中：

图1a示出根据本发明的第一实施例的风力涡轮机的截面图；

图1b示出本发明的第二实施例；

图1c示出本发明的第三实施例；

图2示出本发明的第四实施例；

图3示出本发明的第五实施例；

图4示出本发明的第六实施例；

图5示出本发明的第七实施例；

图6a-6c示意性地示出在毂的前部和转子轴之间的联接元件的不同的实施例，所述联接元件可以用在本发明的不同的实施例中。

具体实施方式

图1a示出根据本发明的第一实施例所述的风力涡轮机的截面图。所述风力涡轮机包括具有毂2的风力涡轮机转子，所述毂2承载至少一个叶片70。所述风力涡轮机还包括容纳至少发电机定子11和发电机转子的机舱1。所述毂2可转动地安装在框架30上。所述毂2可以直接连接至发电机转子的承载结构13。所述承载结构可以带有例如永磁体12。在这个示例中，示出了两个使转子毂能够在框架上转动的轴承。然而可以使用不同类型的轴承和轴承布置。

框架30可以包括向前延伸至毂2中的部分31。所述部分31可以包括通向毂2的第一开口34。因此，可以在机舱1的内部10和毂2的内部20之间提供气流通道60。

机舱或塔可以容纳空气调节系统（未示出），在所述塔或机舱中设有进风口和伴随的过滤器、除湿器和/或空气净化器。所述气流通道可以允许空气从所述塔和/或机舱流向毂的内部。

如图1a所示，第一开口34可以布置在框架的延伸至毂中的部分31中。第一开口的位置可以本发明的范围内变化很大。在一些实施例中，通向毂的第一开口34可以设置成大体上超过毂2的直径的一半。根据开口34的尺寸，可以形成允许维修人员进入毂内部的检修口。

如图1a进一步示出，框架30的远端32可以包括隔离物33。在一些实施例中，所述隔离物可以包括开口（未示出）。在其它的实施例中，远端可以是开放的（如图2所示）；在这些示例中，也可以在机舱或塔和风力涡轮机的毂盖之间建立气流通道。

在又一些实施例中，使用了相同的引用符号来指示相同的部分或组件。

图1b示出具有和图1a中所示的构造相似的构造的第二实施例，其中风扇24布置在通向毂的第一开口34上并且在毂2的内壁21上设置空气阻尼器23。在这个实施例中，风扇24增强所要求的从机舱1的内部10流至毂2的内部20的空气流量。因此，来自机舱1的内部10的气流60a通过风扇24进入毂2的内部20并且气流60a还通过空气阻尼器23离开毂2。

代替空气阻尼器，允许空气在风扇被启动时离开毂但避免外部空气进入毂的单向排气口、单向阀、安全阀或超压阻尼器也可以是合适的。这种类型的空气排出口还可以设有适当的保护装置以便防止水通过空气排气口进入。

图1c示出与图1a中所示的构造相似的构造的第三实施例，其中在毂的内壁21上设有进风口25。通过这一替代方案，可以形成从毂2到机舱1的空气更新。在一些实施例中，还可以在进风口25中设置空气过滤器、除湿器和/或净化器。通过这样的构造可以使用外部的风来产生所需要的气流60b。

在图1c的示例中，所述布置还可以包括风扇24，所述风扇24布置在通向毂的第一开口34上，用于帮助气流60b进入进风口25流向机舱1的内部10。

在一些实施例中，风扇（未示出）还可以布置在机舱内，用于促进从毂到机舱的空气流动。将风扇布置在机舱内避免使用毂（毂是较小的区域）中的空间并且可以避免任何因为风扇布置在毂中可能产生的电力供应问题。

图2示出根据本发明的第四实施例所述的风力涡轮机的截面图，其中转子毂2可以直接连接至发电机转子。根据这一实施例，框架30的远端32可以是开放的并且通向毂的第一开口22可以布置在毂2的外壁21的前部。所述前部可以被包封在风力涡轮机的毂盖50内。这样，可以在机舱1的内部10和毂的内部20之间提供气流通道60’。

在一些实施例中，框架30的远端可以包括隔离物（类似于图1所示），所述隔离物具有至少一个开口以便能够建立类似的气流通道。

发电机转子可以以不同的方式连接至风力涡轮机。在一些实施例中，风力涡轮机转子和发电机转子之间的连接可以适用于在传递扭矩的同时限制弯曲载荷的传递。

图3示出根据本发明的第五实施例所述的风力涡轮机的截面图，其包括通过联接元件41可操作地连接至毂2的转子轴40。所述转子轴40可以部分地布置在框架30的向前延伸至毂2中的部分31中。通向毂的第一开口34可以布置在框架的向前延伸至毂中的部分31上。还是在这个实施例中，在机舱1的内部10和毂2的内部20之间可以提供气流通道60”。

如图3所示，联接元件41可以被包封在风力涡轮机毂盖50中并且可以采取圆盘的形式。

在一些实施例中，联接元件可以适用于在将扭矩从毂传递至轴的同时大体上限制弯曲载荷传递至轴中。参照图6a至6c更为详细地描述了联接元件的不同的可能实施例。

转子轴可以布置成直接地驱动发电机或作为变速箱的输入轴。

图4示出根据本发明的第六实施例所述的风力涡轮机的截面图，其包括可操作地连接至毂2的转子轴40。所述转子轴40可以同轴地布置成至少部分地在框架30的向前延伸至毂中的部分31中。而且，所述转子轴40可以通过联接元件41连接至毂2的前部。联接元件41可以被包封在风力涡轮机毂盖50中并且，如图4所示，联接元件41可以包括至少一个朝向毂盖50的开口42。朝向毂的第一开口22可以布置在毂2的外壁21的前部中，其被包封在风力涡轮机毂盖50中。这样，可以在机舱1的内部10和毂2的内部20之间提供气流通道60”’。

图5示出根据本发明的第七实施例所述的风力涡轮机的截面图，其包括可操作地连接至毂2的转子轴40。所述转子轴40可以布置在框架30中。而且，所述转子轴40可以通过联接元件41连接至毂2的前部。联接元件41可以被包封在风力涡轮机毂盖50中，朝向毂的第一开口22可以布置在毂2的外壁21的前部上，其被包封在风力涡轮机毂盖50中，并且转子轴40可以包括经由此的气流通道43。因此，可以在机舱1的内部10和毂2的内部20之间提供气流通道60””。

如前面所述，机舱或塔可以容纳空气调节系统（未示出），这样的空气调节系统可以设有进风口和伴随的过滤器、除湿器和/或空气净化器。因此，根据这些实施例产生的气流通道可以允许空气从塔和/或机舱流向毂的内部。

在一些实施例中，转子轴可以是大体上空心的轴。具有合适的联接元件并且由于毂在框架上的这一布置，可以减少从转子毂到转子轴中的弯曲载荷的传递。因此可以在这些实施例中使用大体上更轻的管状空心轴。在其它的实施例中，可以使用更常见的实心转子轴，所述实心转子轴包括建立气流通道的通孔。

总的来说，可以理解的是通向毂的第一开口的形状可以变化并且可以设有多个开口。

应该理解的是关于图1b（风扇在通向毂的第一开口上，还有空气阻尼器）中所示的实施例所描述的特征也可以适用于图2至图5中所示的构造。另一方面，图1c（风扇在通向毂的第一开口上并且进风口在毂的外壁上）中所示的实施例所描述的特征也可以适用于图2至图5中所示的构造。

通常，如图3、图4和图5中所示的联接元件41可以是刚性联接元件或是弹性联接元件，其适用于主要传递关于毂的转动轴的扭矩并且通常布置成大体上垂直于所述轴。联接元件可以采用不同的合适的形式。图6a至6c中示出了一些例子。

图6a示出包括圆盘411的联接元件41，所述圆盘411设有多个孔42，以提供到毂盖的通路。联接元件可以通过使用缩紧盘412安装在转子轴40上。联接元件可以通过多个布置在挠性衬套上的螺栓连接至转子毂。因此可以大大减少弯曲载荷的传递。

图6b示出联接元件41的又一实施例，所述联接元件41可以通过使用缩紧盘412安装在转子轴40上。联接元件可以包括多个放射状延伸的辐条414。可以在辐条414之间布置具有通路孔42的环形扇段413。所述毂可以包括位于辐条414的远端之间的多个凸出部。柔性元件（例如弹性体）可以布置在毂的凸出部和辐条的远端之间。这个柔性联接元件也可以大体上限制弯曲载荷的传递。

图6c示出联接元件41的又一实施例，所述联接元件可以包括安装在转子轴40上的中心件412和多个放射状延伸的辐条414。因此可以在辐条之间呈现开口。也是在这个示例中，毂的凸出部（或类似物）可以通过使用柔性元件连接至辐条414。

因此，图4中所示的通向毂盖50的开口42的形状和确切位置可以取决于所使用的联接元件的类型。图6a至6c中所示的不同的联接元件都允许通往毂盖的空气流通。明显的是在本发明的范围内可以使用又一些不同的联接元件并且可以例如在毂和转子轴或发电机之间也包括刚性联接。

在一些实施例中，通向毂的第一开口可以设有格栅，这样的格栅可以可移动地安装并且作为保护装置以避免进入毂。在一些实施例中，毂包括大体上管状的内部加强结构，所述加强结构包括通向毂的第二开口，这样的第二开口还可以设有格栅。

虽然已经在本文中仅公开了本发明的多个特定实施例和示例，但是本领域的技术人员应理解，本发明能够有其它可替代的实施例和/或用法及其明显的修改方案和等同方案。此外，本发明覆盖所述的特定实施例的所有可能的组合。因而，本发明的范围应当不受特定实施例的限制，而是应当仅通过以下权利要求的公正阅读确定。

Claims

1.风力涡轮机，其包括具有毂的转子、进风口和机舱，所述毂承载一个或多个叶片，所述毂可转动地安装在框架上并且所述框架向前延伸至毂中，其中

通过至少一个通向毂的第一开口在毂的内部和机舱之间提供气流通道。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，还包括可操作地与毂相连接的转子轴，其中所述转子轴布置成至少部分地在框架中。

3.根据权利要求2所述的风力涡轮机，其中转子轴通过联接元件连接至毂的前部。

4.根据权利要求2或3中的任意一项所述的风力涡轮机，其中通向毂的所述第一开口布置在框架的向前延伸至毂中的部分中。

5.根据权利要求3所述的风力涡轮机，其中通向毂的所述第一开口布置在毂的外壁的前部中，该前部被包封在风力涡轮机的毂盖中并且所述联接元件包括至少一个通向毂盖的开口。

6.根据权利要求2或3中的任意一项所述的风力涡轮机，其中通向毂的所述第一开口布置在毂的外壁的前部中，该前部被包封在风力涡轮机的毂盖中并且转子轴包括穿过该转子轴的气流通道。

7.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中转子直接连接至布置在框架周围的发电机。

8.根据权利要求7所述的风力涡轮机，其中通向毂的所述第一开口布置在框架的向前延伸至毂中的部分中。

9.根据权利要求8所述的风力涡轮机，其中框架的向前延伸至毂中的部分的远端包括隔离物。

10.根据权利要求7所述的风力涡轮机，其中通向毂的所述第一开口布置在毂的外壁的前部中，该前部被包封在风力涡轮机的毂盖中并且框架的向前延伸至风力涡轮机中的部分的远端是开放的。

11.根据权利要求4、8或9中的任意一项所述的风力涡轮机，其中设置在框架的向前延伸至毂中的部分中的所述第一开口被布置成大体上超过毂的直径的一半。

12.根据权利要求1至3、5至7或10中的任意一项所述的风力涡轮机，其中所述毂包括大体上管状的内部加强结构，所述内部加强结构同轴地布置在框架的向前延伸至毂中的部分的周围，所述内部加强结构布置在毂的前端和后端之间。

13.根据权利要求4、8或9中的任意一项所述的风力涡轮机，其中所述毂包括大体上管状的内部加强结构，所述内部加强结构同轴地布置在框架的向前延伸至毂中的部分的周围，所述内部加强结构布置在毂的前端和后端之间，并且其中所述内部加强结构包括通向毂的第二开口。

14.根据权利要求8或9中的任意一项所述的风力涡轮机，其中通向毂的所述第一开口足够大以使得中等身材的成年人能够进入毂。

15.根据权利要求1至14中的任意一项所述的风力涡轮机，其中通向毂的所述第一开口设有格栅。

16.根据权利要求1至15中的任意一项所述的风力涡轮机，其中进风口布置在机舱中或风力涡轮机塔中。

17.根据权利要求1至15中的任意一项所述的风力涡轮机，其中进风口布置在毂的外壁中。

18.根据权利要求16所述的风力涡轮机，其中毂的外壁设有单向放气阀。

19.根据权利要求16至18中的任意一项所述的风力涡轮机，其中通向毂的所述第一开口设有风扇。